Per secoli, gli scienziati hanno lavorato per capire la composizione di Giove. Non c'è da meravigliarsi:questo misterioso pianeta è di gran lunga il più grande del nostro sistema solare, e chimicamente, il parente più prossimo al Sole. Comprendere Giove è una chiave per saperne di più su come si è formato il nostro sistema solare, e anche su come si sviluppano altri sistemi solari.

Ma una domanda fondamentale ha assillato gli astronomi per generazioni:c'è acqua nelle profondità dell'atmosfera di Giove, e se così fosse, quanto?

Gordon L. Bjoraker, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, riportato in un recente articolo del Giornale Astronomico che lui e il suo team hanno avvicinato la comunità di ricerca gioviana alla risposta.

Osservando dai telescopi terrestri le lunghezze d'onda sensibili alla radiazione termica che fuoriesce dalle profondità della tempesta persistente di Giove, la Grande Macchia Rossa, hanno rilevato le firme chimiche dell'acqua sopra le nuvole più profonde del pianeta. La pressione dell'acqua, i ricercatori hanno concluso, combinati con le loro misurazioni di un altro gas contenente ossigeno, monossido di carbonio, implica che Giove ha da 2 a 9 volte più ossigeno del sole. Questa scoperta supporta modelli teorici e di simulazione al computer che hanno previsto acqua abbondante (H ₂ O) su Giove costituito da ossigeno (O) legato all'idrogeno molecolare (H ₂ ).

La rivelazione è stata commovente dato che l'esperimento del team avrebbe potuto facilmente fallire. La Grande Macchia Rossa è piena di nuvole dense, il che rende difficile la fuga dell'energia elettromagnetica e insegna agli astronomi qualcosa sulla chimica all'interno.

"Si scopre che non sono così spessi da bloccare la nostra capacità di vedere in profondità, " ha detto Bjoraker. "È stata una piacevole sorpresa."

La nuova tecnologia spettroscopica e la pura curiosità hanno dato al team una spinta nello scrutare in profondità all'interno di Giove, che ha un'atmosfera profonda migliaia di miglia, Bjoraker ha detto:"Abbiamo pensato, bene, vediamo solo cosa c'è là fuori."

I dati raccolti da Bjoraker e dal suo team integreranno le informazioni che la sonda spaziale Juno della NASA sta raccogliendo mentre gira intorno al pianeta da nord a sud una volta ogni 53 giorni.

Tra l'altro, Giunone sta cercando l'acqua con il suo spettrometro a infrarossi e con un radiometro a microonde in grado di sondare più in profondità di quanto chiunque abbia mai visto, fino a 100 bar, o 100 volte la pressione atmosferica sulla superficie terrestre. (L'altitudine su Giove si misura in barre, che rappresentano la pressione atmosferica, poiché il pianeta non ha una superficie, come la Terra, da cui misurare l'elevazione.)

Se Giunone restituisce risultati simili sull'acqua, sostenendo così la tecnica a terra di Bjoraker, potrebbe aprire una nuova finestra sulla risoluzione del problema dell'acqua, disse Amy Simon di Goddard, un esperto di atmosfere planetarie.

"Se funziona, allora forse possiamo applicarlo altrove, come Saturno, Urano o Nettuno, dove non abbiamo Giunone, " lei disse.

Juno è l'ultima navicella spaziale incaricata di trovare l'acqua, probabilmente sotto forma di gas, su questo gigantesco pianeta gassoso.

L'acqua è una molecola significativa e abbondante nel nostro sistema solare. Ha generato la vita sulla Terra e ora lubrifica molti dei suoi processi più essenziali, compreso il tempo. È un fattore critico nel clima turbolento di Giove, pure, e nel determinare se il pianeta ha un nucleo fatto di roccia e ghiaccio.

Si pensa che Giove sia stato il primo pianeta ad essersi formato assorbendo gli elementi rimasti dalla formazione del Sole mentre la nostra stella si fondeva da una nebulosa amorfa nella sfera di gas infuocata che vediamo oggi. Una teoria ampiamente accettata fino a diversi decenni fa era che Giove fosse identico nella composizione al Sole; una palla di idrogeno con un pizzico di elio, tutto gas, nessun nucleo.

Ma stanno crescendo le prove che Giove ha un nucleo, forse 10 volte la massa della Terra. La navicella spaziale che in precedenza ha visitato il pianeta ha trovato prove chimiche che ha formato un nucleo di roccia e ghiaccio d'acqua prima di mescolarsi con i gas della nebulosa solare per creare la sua atmosfera. Anche il modo in cui la gravità di Giove attira Giunone supporta questa teoria. Ci sono anche fulmini e tuoni sul pianeta, fenomeni alimentati dall'umidità.

"Le lune che orbitano attorno a Giove sono per lo più acqua ghiacciata, così tutto il vicinato ha molta acqua, " disse Bjoraker. "Perché il pianeta, che è questo enorme pozzo gravitazionale, non dovrebbe dove tutto cade in esso - sii ricco d'acqua, pure?"

La questione dell'acqua ha lasciato perplessi gli scienziati planetari; praticamente ogni volta che si materializzano prove di H2O, succede qualcosa che li allontana dall'odore. Un esempio preferito tra gli esperti di Giove è il veicolo spaziale Galileo della NASA, che ha lanciato una sonda nell'atmosfera nel 1995 che è finita in una regione insolitamente secca. "È come inviare una sonda sulla Terra, atterrando nel deserto del Mojave, e concludendo che la Terra è secca, " ha sottolineato Bjoraker.

Nella loro ricerca dell'acqua, Bjoraker e il suo team hanno utilizzato i dati sulle radiazioni raccolti dalla vetta di Maunakea alle Hawaii nel 2017. Hanno fatto affidamento sul telescopio a infrarossi più sensibile sulla Terra al W.M. Osservatorio Keck, e anche su un nuovo strumento in grado di rilevare una gamma più ampia di gas presso l'Infrared Telescope Facility della NASA.

L'idea era di analizzare l'energia luminosa emessa attraverso le nubi di Giove per identificare le altitudini dei suoi strati di nubi. Ciò aiuterebbe gli scienziati a determinare la temperatura e altre condizioni che influenzano i tipi di gas che possono sopravvivere in quelle regioni.

Gli esperti di atmosfera planetaria si aspettano che ci siano tre strati di nubi su Giove:uno strato inferiore fatto di acqua ghiacciata e acqua liquida, uno di mezzo fatto di ammoniaca e zolfo, e uno strato superiore di ammoniaca.

A conferma di ciò attraverso osservazioni a terra, Il team di Bjoraker ha esaminato le lunghezze d'onda nella gamma infrarossa della luce in cui la maggior parte dei gas non assorbe il calore, permettendo alle firme chimiche di fuoriuscire. Nello specifico, hanno analizzato i modelli di assorbimento di una forma di gas metano. Perché Giove è troppo caldo perché il metano si congeli, la sua abbondanza non dovrebbe cambiare da un luogo all'altro del pianeta.

"Se vedi che la forza delle linee del metano varia dall'interno all'esterno della Grande Macchia Rossa, non è perché qui c'è più metano che là, " ha detto Bjoraker, "è perché ci sono più spessi, nuvole profonde che bloccano la radiazione nella Grande Macchia Rossa".

La squadra di Bjoraker ha trovato prove dei tre strati di nuvole nella Grande Macchia Rossa, supportare i modelli precedenti. Lo strato di nubi più profondo è a 5 bar, la squadra ha concluso proprio dove la temperatura raggiunge il punto di congelamento per l'acqua, disse Bjoraker, "quindi dico che molto probabilmente abbiamo trovato una nuvola d'acqua." La posizione della nuvola d'acqua, più la quantità di monossido di carbonio che i ricercatori hanno identificato su Giove, conferma che Giove è ricco di ossigeno e, così, acqua.

La tecnica di Bjoraker ora deve essere testata su altre parti di Giove per avere un quadro completo dell'abbondanza globale di acqua, e i suoi dati erano in linea con i risultati di Giunone.

"L'abbondanza di acqua di Giove ci dirà molto su come si è formato il pianeta gigante, ma solo se riusciamo a capire quanta acqua c'è nell'intero pianeta, " ha detto Steven M. Levin, uno scienziato del progetto Juno presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, Calif.